[发明专利]煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿生产领域，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔方法，适合在低透气煤层瓦斯抽采过程中疏通堵塞的抽采钻孔时使用。

背景技术

我国高瓦斯矿井数量大，分布广，且大部分高瓦斯矿井为煤与瓦斯突出矿井。与此同时，矿井开采深度逐年递增，煤层瓦斯含量进一步增加，突出煤层数量呈增加趋势。钻孔预抽瓦斯是治理煤矿瓦斯灾害最普遍的方法之一，但突出煤层一般松软，尤其是西南地区，93.14％的煤矿可采煤层都是具有煤与瓦斯突出危险的松软煤层。由于煤岩体强度低，瓦斯抽采钻孔成孔后，收到地应力、瓦斯应力以及采动应力场的影响，松软煤层钻孔孔壁易跨塌，钻孔易变形。当钻孔垮塌、堵塞时，瓦斯流通受阻碍，极易造成钻孔的报废，缩短钻孔使用寿命，影响抽采效果，威胁煤矿安全生产。

针对松软煤层易发生塌孔等问题，有学者提出钻孔固孔、防塌孔等解决措施，如中国专利文献CN102226389A公开的《煤矿钻孔防塌孔管网和防塌孔方法》与CN103114810A公开的《一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套筒装置及钻孔方法》，但是所提出的方法在实行过程存在以下问题：改进后钻头与钻具往往结构复杂、笨重，制造成本较高，不适应煤矿井下施工现场狭窄空间，导致钻孔效率低；且仍不能完全解决钻孔的垮塌、堵塞问题。而对于煤矿中大量存在的垮塌、堵塞钻孔，现在主要采用机械钻具再次钻进抽采孔的方法解堵。CNI02312660A公告的《清孔钻具》设计了一种结构简单的机械清孔钻具，但是使用机械钻具补打钻孔不仅成本高，并存在钻机对孔困难、钻孔效率低、退钻需要浪费大量时间、钻孔后需再次封孔等问题。结合水射流在松软煤层增透中的成功应用，有人提出利用水射流洗孔，如CN103015898A公开的《一种矿用水力作业机》设计了一种瓦斯抽采孔水力作业机，该设计运用了高压水射流对瓦斯抽采钻孔进行了洗孔，该方法较以往机械钻头具有更高效率，但仍存在以下问题：设计的水力作业机体型庞大、难以适应井下狭小作业空间；使用的缠绕钢管硬度大、易疲劳损坏，钻进过程中容易在强制推进过程中发生卡钻、钻偏。

发明内容

本发明是针对松软煤层瓦斯抽采钻孔易垮塌、堵塞，影响瓦斯抽采效率，威胁煤矿安全生产等问题，根据煤矿的实际作业环境以及钻孔的煤岩体性质，提出利用自进式高压水射流和对动力管路的主动推进，对煤矿瓦斯垮塌、堵塞钻孔进行疏通解堵的方法。提高瓦斯抽采效率。

本发明提供以下技术方案：

本发明提出的煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔方法，采用由水箱、高压泵、高压硬管、高压软管、自进式钻头、底座、绞盘和推进机构组成的钻孔洗孔装置，步骤如下：

(1)根据垮孔、堵塞钻孔的位置和角度，固定好底座的底部支撑架，并调整底座上支撑腿和导轨的角度以及导轨上推进机构支架的长短；

(2)然后将绞盘和推进机构固定在底座上，并连接好高压硬管和高压软管组成的动力管路，并连接好自进式钻头；

(3)由高压泵所产生的高压水经过管道和高压密封水尾输送给缠绕在绞盘上的高压硬管，高压硬管在送入钻孔之前会穿过推进机构，通过推进机构所提供的推进力使高压硬管沿着钻孔向前输送；

(4)当高压水经过高压硬管前端的高压软管和自进式钻头时，自进式钻头产生高压水射流分为前射流、中射流和后射流三部分。前射流对堵塞、垮塌部分的岩石进行破碎疏通，并具有一定扩孔的作用；中射流对钻头具有扶正作用，能够有效防止钻头钻偏；后射流为钻头的钻进提供自进力使高压软管绷直，整个动力管路在前面高压软管的拉力和后面推进机构对高压硬管通过摩擦力所提供的推力的共同作用下能实现长远距离的输送，从而实现对中深孔的疏通。

(5)洗孔后将高压硬管与高压软管通过推进机构和绞盘收回；

(6)洗孔后对瓦斯抽采效果进行评价，对未达到要求的，再使用洗孔装置往返几次对钻孔进行疏通、扩孔，以保证获得较好的抽采效果。

本方法用到的自进式钻头包括钻头体和钻头体的中心自激振荡喷嘴、边喷嘴、中部喷嘴和后部喷嘴，钻头体具有前部平台和内部空腔；所述钻头体前部为球形，前端面为前部平台，在平台中心即自进式钻头轴线上设置中心自激振荡喷嘴，在平台上围绕中心自激振荡喷嘴四周均匀布置边喷嘴；所述钻头体后端为开口端，设有内螺纹用于连接高压软管；钻头体的内部空腔为前段圆锥形和后段圆柱形的组合空腔，圆锥形段的锥度为

本方法用到的推进机构包括机架、同步带轮、压紧带轮、异型同步齿形带、带减速机的气动马达、减速机输出轴、从动轮轴、压紧轮轴、压紧杆、弹簧、蝶形螺母、管托机构、防尘罩以及相应的链接部件。